Введение к работе
В настоящее время кардинально изменился и расширился арсенал перевязочных средств, однако большинство из них не обладают биологической активностью или являются антимикробными. Несмотря на значительное число работ, посвященных получению полимерных материалов с протеолитической активностью, практически реализованы единицы, что может быть обусловлено объективными причинами, в частности неудовлетворительной стабильностью. Поэтому исследование новых полимерных систем, содержащих ферменты, разработка принципов регулирования их активности с целью создания перевязочных материалов для энзимотерапии гнойных ран является актуальным. Использование таких материалов необходимо для повышения эффективности лечения (снижения аллергенного действия, стоимости лечения за счет уменьшения расхода фермента, повышения его стабильности и т.д.).
Одним из путей регулирования свойств иммобилизованных ферментов является включение их в структуру комплексов, образованных с участием неионогенных полимеров, например амфифильных полимеров. При этом не происходит химическое модифицирование белковых глобул, а стабилизация протеаз достигается за счет гидрофобных взаимодействий и водородных связей. Использование в составе матрицы дешевых и доступных синтетических биодеградируемых полимеров медико-биологического назначения является предпосылкой для разработки технологичных способов переработки полимерных композиций в пленочные покрытия и композиционные материалы на волокнистой основе. К числу таких полимеров относятся поливиниловый спирт, полиэтиленоксид и триблок-сополимер полиэтиленоксида и поли-пропиленоксида. Симметричный триблок-сополимер интересен тем, что способен к самоорганизации с образованием структур различного типа. Системы, содержащие белок и полиэтиленоксид с молекулярной массой от нескольких сотен до тысяч, в настоящее время активно исследуются. В литературе в основном представлены работы, посвященные определению характера продуктов интерполимерного взаимодействия полиэтиленоксида и белков; данные по влиянию на активность ферментов практически отсутствуют. Можно ожидать, что варьирование состава компонентов системы может привести к формированию различных структур, а, следовательно, и свойств иммобилизованного фермента.
Целью работы являлась разработка методов получения раневых покрытий пленочного и волокнистого типа с использованием композиций протеолитических ферментов - трипсина и террилитина и синтетических биосовместимых биодеградируемых полимеров - полиэтиленоксида и/или симметричного триблок-сополимера полиэтиленоксида и полипропиленоксида.
Для достижения поставленной цели было необходимо:
установить закономерности иммобилизации трипсина и террилитина в структуре поливинилспиртовых пленок, а также целлюлозных или полиэтилентерефталатных волокнистых материалов с использованием полиэтиленоксида и/или симметричного триблок-сополимера полиэтиленоксида и полипропиленоксида;
установить влияние структуры полимерных систем на свойства иммобилизованных ферментов;
установить влияние состава полимерных систем на физико-химические свойства иммобилизованных ферментов и физико-механические свойства биоактивных материалов;
определить состав многокомпонентной полимерной системы, обеспечивающей высокую активность и стабильность протеаз.
Методы исследования: химические, физико-химические, реологические, УФ- и видимая спектроскопия, нефелометрия, электронная микроскопия, атомно-силовая микроскопия, дифференциальная сканирующая калориметрия (ДСК). Расчет термодинамических характеристик полимеров выполнен с использованием программного обеспечения дифференциально-сканирующего калориметра DSC Q10 "ТА Instruments" (ГОУ ВПО "МГТУ им. А.Н.Косыгина").
Научная новизна работы.
Установлены особенности структурообразования в полимерных системах, содержащих поливиниловый спирт, трипсин или террилитин и полиэтиленоксид и/или симметричный триблок-сополимер полиэтиленоксида и полипропиленоксида, которое заключается в пластификации полимерной матрицы или фазовом разделении системы, а его направление определяется содержанием и типом амфифильного полимера и фермента, а также температурой системы.
Показано, что способность фермента к ассоциации имеет решающее значение, определяющее тип локализации фермента при его иммобилизации в структуре целлюлозной или полиэтилентерефталатной волокнистой матрицы в составе композиции с полиэтиленоксидом.
Установлена взаимосвязь между активностью и стабильностью иммобилизованного трипсина и террилитина и характером распределения фермента в структуре полимерной матрицы пленочного или волокнистого типа, содержащей полиэтиленоксид и/или симметричный триблок-сополимер полиэтиленоксида и полипропиленоксида.
Установлено повышение активности трипсина, иммобилизованного в структуре поливинилспиртовых пленок, содержащих полиэтиленоксид или симметричный триблок-сополимер полиэтиленоксида и полипропиленоксида, при длительном хранении, что свидетельствует о протекании в полимерных системах релаксационных процессов.
Практическая значимость. Предложены новые пути регулирования свойств раневых покрытий на основе композиций полимеров медико-биологического назначения для энзимотерапии ран.
Разработано асимметричное раневое покрытие на основе поливинилового спирта, содержащее полиэтиленоксид, симметричный триблок-сополимер полиэтиленоксида и полипропиленоксида и трипсина, обладающее высокой активностью, стабильность и удовлетворительной паропроницаемостью.
Полученные результаты могут быть использованы при разработке полимерных материалов с ферментативной активностью.
Апробация результатов работы. Результаты работы докладывались и обсуждались на VI симпозиуме «Химия протеолитических ферментов», Москва, 2007; IX Все-рос. выставке и I Межд. научно-практ. конф. «Научно-техническое творчество молодежи - путь к обществу, основанному на знаниях», Москва, 2009; IV Всерос. научной конф. (с межд. участием) «Физикохимия процессов переработки полимеров», Иваново, 2009; Пятой межд. Каргинской конф. «Полимеры -2010», Москва, 2010.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 4 статьи, в том числе 3 в журналах, включенных в перечень ВАК, 1 - в журнале "Fiber Chemistry", и 6 тезисов докладов.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, литературного обзора, методической части, главы, посвященной изложению основных результатов и их обсуждению, выводов, списка использованной литературы.
Диссертация содержит 160 страниц машинописного текста, 69 рисунков, 34 таблицы и библиографию из 114 наименований.
